Clase 13 Sistemas de Control Plc -Cmv

GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN

3ra Unidad:

GESTIN DE PROCESOS Y

TECNOLOGAS DE LA

INFORMACION

Semestre Acadmico: 2015-1 CICLO: VIII

Docente: Ing. Carlos Medina Villacorta

EXPERIENCIA CURRICULAR: AUTOMATIZACION DE PROCESOS INDUSTRIALES


SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS.

OBJETIVO

Brindar los conocimientos bsicos que le permita interactuar

en un sistema controlado de procesos mediante los PLC.

CONTENIDO

1. Un poco de historia

2. Control y automatizacin electrnica.

3. Introduccin al control con PLCs

4. Principio de Funcionamiento del PLC

5. Elementos de Hardware del PLC

6. Cmo es el PLC

7. Arquitectura. Interfaces I/O


EVOLUCION HISTORICA

1968: Procesador cableado sustituye a rels.

Dcada de los 70 o Incorporacin de elementos hombre-mquina.

o Manipulaciones de datos

o Operaciones aritmticas

o Comunicaciones (ordenador)

o Incremento de memoria

o E/S remotas

o Instrucciones ms potentes

o Desarrollo de comunicaciones con dispositivos

Dcada de los 80: Avance de la tecnologa P o Alta velocidad de respuesta, ms lenguajes

o Reduccin de dimensiones

o Mdulos inteligentes, autodiagnstico

Dcada de los 90: o Buses de campo abiertos

o Utilizacin de tecnologa de ordenador: PCMCIA /ETHERNET

o Conceptos OMRON Smart Factory

o Plug & Play / Down sizing / Easy to use


AUTOMATIZACION

Packing

Plstico

Herramienta Montaje

Paletizador

PLCs diseados para cubrir las necesidades de control de cualquier tipo de mquina.


Control de planta

Control de lnea

Telemando

Tratamiento de aguas

Domtica

Gestin de energa

Natica

Proyectos pblicos

Medio ambiente

PLCs diseados para cualquier aplicacin de tipo industrial o no industrial.

AUTOMATIZACION


Hasta 128 E/S

Hasta 512 E/S

Ms de 512 E/S

3 Familias de PLCs para 3 niveles de aplicacin.

AUTOMATIZACION


OBJETIVO Y FUNCION DE UNA AUTOMATIZACION

Incorporacin de un elemento (por ejemplo PLC) para que controle el funcionamiento de la

instalacin, de la maquina o del sistema en

general

en definitiva se trata de un lazo cerrado entre el dispositivo que controla (plc) y la instalacion en

general



El elemento de control (plc) reacciona en base a la informacion recibida por los

captadores (sensores) y el programa lgico

interno, actuando sobre los accionadores de

la instalacion.

INSTALACIN

CAPTADORESACCIONADORES

PLC



Los principales factores que favorecen la aparicion y evolucion de los procesos automaticos son basicamente : o Econmicos

o Calidad

o Seguridad laboral

Por lo tanto, las funciones bsicas de la automatizacion de una mquina o de una instalacin son: o Aumentar la produccion

o Disminuir costes

o Mejorar la calidad del producto acabado

o Evitar tareas peligrosas al ser humano

o Informacion en tiempo real del proceso


Son dispositivos diseados para centralizar la recoleccin de los datos de los

procesos en una planta, ejecutar programas de control y realizar acciones sobre

los procesos en forma autnoma, a travs de interconexiones con la

instrumentacin y con otros dispositivos de supervisin y control.

Los mas comunes son los Controladores Lgicos programables (PLC)

Sistemas de Control de Procesos.

Infraestructura Fsica de Planta

IHM

Instrumentacin

de Planta

PLANTA

I

O

I O

Controlador

Lgico

Programable

PLC

Telecomunicaciones

Supervisin a

Distancia

(Scada)

RTU

PID

DCS Sistemas de

Control

Distribuido PLC

Configuracin

y Programacin


ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL


Qu es MANDO?

Es el proceso en el que una o varias

magnitudes de entrada influyen en otras que

actan como magnitudes de salida.


Qu es REGULACIN?

La regulacin es un proceso en el cual se mide

continuamente la magnitud a regular, se la compara

con otra magnitud piloto tratando de conseguir una

adaptacin a dicha magnitud.


INTRODUCCION

Los Controladores Lgicos Programables (PLC) permiten

realizar funciones lgicas combinacionales y secuenciales

mediante la programacin utilizando funciones lgicas o

por diagramas de contactos.

Los PLC se utilizan como elementos bsicos de control y

automatizacin.


Por ejemplo:

El cuerpo humano es un SISTEMA DE CONTROL.

Ver Ojos Or Odos Probar Lengua Sentir Piel Oler Nariz

Entrada Cerebro

Hablar Caminar Mover

Salida

Lgica


Los Autmatas Programables se componen de tres bloques


MODERNOS, cuando los componentes de su lgica estn constituidos por equipos digitales, diseado en base

a microprocesadores, como un PLC.

Lgica Salidas Entradas

Pulsador

Marcha

Pulsador

Paro

Interruptor de posicin

Contactor de

fuerza

Lmparas

Display

PLC


Tipos de sistemas automticos Sistemas controlados por PLC

Controladores Lgicos programables Son dispositivos electrnicos diseados para

programar y controlar procesos secuenciales en

tiempo real.

Los PLC reproducen programas informticos que permiten controlar procesos.

Estos equipos pueden contar tanto con salidas como entradas del tipo Analgico y/o Digital.

Su costo tiende a ser moderado para sus grandes aplicaciones.

Suplantan completamente a la lgica cableada, dejando de esta manera solo elementos de

potencia.

Ahorra tiempo en la elaboracin de proyectos Es posible realizar modificaciones sin costos

adicionales.


Controladores Lgicos programables PLC

Dispositivo de estado slido, basado en Microprocesadores,

utilizado para controlar:

La operacin de una maquina, La operacin de un proceso o planta. Por intermedio de un programa o algoritmo almacenado,

recibiendo informacin realimentada desde la maquina, el

proceso o planta mediante instrumentos y dispositivos de

entrada y salida.

PLC General

Electric 90-30


CPU

(Programa)

Mdulos

Salidas (Analgicos,

Digitales)

Mdulos

Entradas (Analgicos,

Digitales)

PROCESO

Comunicaciones

Instrumentacin Pulsadores Swichs Sensores Transmisores Contactos

Operacin Local

PC

Sistemas de

Supervisin

Contactores Solenoides Arrancadores Registradores Controladores

Controlador Lgica Programable

Memoria

Principio de Funcionamiento de un PLC


Chasis o Rack (Slots)

Mdulos

Principales y

Mdulos I/O

Backplane

PLC

ensamblado

Elementos de Hardware de un PLC


Modulo Principal Procesador (CPU)

Batera Litio

Indicador

de Forces

Estado del

Procesador

Indicador

Batera

Red

IHM Local

Red

Extensiones I/O

Indicacin del

Modelo del PLC

Red

PLC Remotos

Estado

Extensiones I/O

Indicador Estado

Comunicaciones

Modos de Operacin

RUN: Ejecuta Programa

PROG: Configurar y Programar

FAULT: Falla del CPU

AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL


Mdulos Principales de Alimentacin Elctrica

Fuente de Poder

Input: 24Vdc/120 Vac Out Put: 5Vdc/ 16 Amp

+12Vdc/-12Vdc

Fuentes Externas

Elementos Internos



Mdulos de Comunicacin

Ethernet, RS-232, RS-485, Modem, TCP/IP, UHF, etc.



Mdulos I/O (Entradas/Salidas)

Entrada Discreta:

- De 8, 16 y 32 Puntos

- Niveles de 120vac, 240vac, 125 vdc, 24vdc

- Entradas aisladas ptimamente

Salidas Discretas:

De 8, 16 y 32 Puntos Niveles de AC/DC 120vac, 240vac, 125 vdc, 24vdc Niveles de corriente 0.5 Amp a 4 Amp

Salidas Rele:

De 8 o 16 Puntos de Contactos secos N.O Niveles de corriente en contactos 2 amp, 4 am

Salidas Analgicas:

- De 4 y 8 Canales

- Niveles de 1-5volt y 4-20 mA

Entradas Analgicas:

- De 4 y 16 Canales

- Niveles de 1-5volt y 4-20 mA



QUE ES UN PLC?


Controladores Lgicos programables PLC

PLC Allen Bradley Serie 5

Un aparato electrnico digital, con una memoria programable para

el almacenamiento interno de

instrucciones para implementar

funciones especificas tales como

lgica, secuencia, temporizacin,

conteo, aritmtica, para controlar

maquinas o procesos mediante

mdulos de entrada o salida,

analgicos o digitales, as como

mdulos de comunicacin y de

funciones especiales.

La Asociacin Nacional de Fabricantes de productos Elctricos

de los EUA (NEMA) Define un controlador programable como:


Caractersticas equipos control en los 70s:

Alto costo;

Requerimiento de personal capacitado;

Complejidad de las interfaces (equipos a procesos).

Controlador Lgico Programable (PLC)

Los primeros PLCs sustituyeron los clsicos sistemas con rels o con circuitos lgicos, y

son CONFIGURABLES (a travs de un

programa con un modo de programacin

muy similar a la que se usaba para definir la

lgica de rels).


Hoy Controladores Lgicos Programables o PLCs, tambin denominados Autmatas Programables son: Sistemas econmicos, robustos y

flexibles;

De fcil manejo por el operador;

Simplicidad de interconexin con los procesos (facilidad para manejar

corrientes y tensiones ms grandes que

las que maneja la CPU del equipo)



Ventajas

Control ms preciso.

Mayor rapidez de respuesta.

Flexibilidad Control de procesos complejos.

Facilidad de programacin.

Seguridad en el proceso.

Empleo de poco espacio.

Fcil instalacin.

Menos consumo de energa.

Mejor monitoreo del funcionamiento.



Ventajas

Menor mantenimiento.

Deteccin rpida de averas y tiempos muertos.

Menor tiempo en la elaboracin de proyectos.

Posibilidad de aadir modificaciones sin elevar costos.

Menor costo de instalacin, operacin y mantenimiento.

Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autmata.



Desventajas

Mano de obra especializada.

Centraliza el proceso.

Condiciones ambientales apropiadas.

Mayor costo para controlar tareas muy pequeas o sencillas.



Los PLCs HOY superan los sistemas basados en lgica de rels:

Mejor Sistema de instrucciones (inclusin de temporizadores y contadores,

instrucciones aritmticas y lgicas, etc.);

Mayor Velocidad de respuesta;

Mejores Interfaces con los procesos (tratamiento de entradas y salidas

analgicas);

Mejor Capacidad de comunicacin (buses de campo o field bus).

i) El Controlador Lgico Programable (PLC)


Energa

Respuesta Seales de control

Seales de consigna

SISTEMA

DE CONTROL ACCIONAMIENTOS PLANTA

Elementos de Seal Elementos de Potencia

La principal virtud de un PLC es:

Su Robustez y

Su Capacidad de conexin con las seales provenientes de los procesos.



Los sistemas de control se pueden dividir en:

Analgicos;

Digitales

Hbridos (analgicos-digitales)

Los sistemas analgicos trabajan con:

Seales continuas (presin, temperatura, velocidad, etc.),

Usando voltajes o corrientes proporcionales a dichas magnitudes (P/E: 0-10V, 4-20mA, etc).



Los sistemas digitales trabajan con:

Seales binarias (toman slo dos niveles o estados posibles: abierto-cerrado; conduce-no

conduce; mayor-menor, etc.), que se suelen

representar por valores 1 y 0 (usando notacin

del lgebra de Boole).

Los automatismos pueden ser lgicos (grupos

de variables de un solo bit) o digitales (variables

de varios bits, como estado de contadores, etc.).



La CPU del PLC trabaja en forma digital (microcomputador)

Las seales de los procesos y acciones de control son generalmente de carcter

analgico.

Los PLCs tienen en sus interfaces las conversiones A/D y D/A.

Muchos dispositivos (tanto de entrada como de salida) manejan seales binarias (no

requieren conversores).



El advenimiento de la instrumentacin

inteligente (smart) y el uso de buses de

campo, har que las seales analgicas sean

desplazadas por las digitales.

La gran cantidad de equipamiento analgico

disponible a nivel industrial (tanto electrnico

como neumtico y/o hidrulico) no permiten

augurar que su cambio total ocurra en un

futuro muy cercano.



Automatismos cableados y programables

La ventaja del PLC frente a los sistemas

cableados convencionales (lgica de rels o

de circuitos lgicos) radica en que el

funcionamiento del sistema depende de un

programa y no de un circuito.

Con un mismo hardware o equipo se pueden

realizar distintas funciones, modificando el

software de configuracin.



Sistemas cableados (poco adaptables);

Sistemas programables (muy adaptables)

Aunque todos los equipos basados en

microprocesador pueden considerarse

como programables, aqu debe entenderse

como configurables a travs de un

programa desarrollado por el usuario.

Automatismos cableados y programables

Se distinguen:



Las diferencias entre ambos automatismos puede

resumirse como sigue:

CARACTERISTICA SISTEMA

CABLEADO

AUTOMATA

PROGRAMABLE

Flexibilidad de adaptacin al proceso Baja Alta

Hardware estndar para distintas aplicaciones No S

Posibilidades de ampliacin Bajas Altas

Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco

Tiempo de desarrollo del proyecto Largo Corto

Posibilidades de modificacin Difcil Fcil

Difcil Mantenimiento Difcil Fcil

Herramientas para prueba No S

Stoks de mantenimiento Medios Bajos

Modificaciones sin parar el proceso (on line) No S

Costo para pequeas series Alto Bajo

Estructuracin para bloques independientes Difcil Fcil

Automatismos cableados y programables i) El Controlador Lgico Programable (PLC)


Se considera al autmata programable, como el conjunto

de dispositivos integrados por la:

Unidad de control y

Las interfaces con las seales del proceso.

Puede considerarse como un equipo con un hardware

estndar:

Con capacidad de conexin directa con las seales de

campo (a transductores y perifricos electrnicos)

Con niveles de tensin y corriente industriales, y

Configurable por el usuario.

El Autmata Programable



El conjunto de seales de consigna y de realimentacin

que entran al PLC se les denomina:

Entradas,

Mientras que las que se obtienen de l se denominan:

Salidas, pudiendo ser en ambos casos Anlogas o

Digitales.

Se habla de Modularidad cuando el hardware est

dividido en partes inter conectables que permiten

conformar el sistema segn las necesidades.




La Modularidad permite distinguir entre autmatas

compactos (el dispositivo incluye en un solo cuerpo la

unidad de control y un mnimo de entradas y salidas). Con

unidades de expansin pueden llegar hasta 256 puntos

(entradas o salidas) adicionales o ms.

Cuando se requiere un nmero mucho ms grande de

puntos (ms de 1000 con una nica CPU), es necesario

acudir a sistemas modulares montados en rack.




Existe la posibilidad de tener varios sistemas en paralelo,

cada uno con su propia CPU y haciendo tareas distintas.

Este tipo de configuraciones ha dado lugar a los que se

conoce como Inteligencia distribuida, fundada en la

comunicacin que puede existir entre los distintos

ordenadores.

Esta tcnica sustituye al gran autmata en que resida

toda la inteligencia del proceso Inteligencia

centralizada




Ejemplos de PLCs compactos

Ejemplo de PLC modular



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